二氧化碳作为一种天然的制冷剂,因其臭氧层破坏潜能（ODP）为零,温室效应潜能（GWP）很小,在汽车空调、船舶空调以及热泵等领域重获青睐。然而,CO2的临界温度较低（31.05℃）,实际应用时需要采用跨临界制冷循环,即CO2的放热过程发生在超临界压力下。由于超临界CO2的热物性参数随温度与压力变化很大,尤其在拟临界区域,热物性参数的畸变使超临界CO2的流动与传热规律异常复杂,因此研究超临界CO2传热畸变特性及其预测模型对CO2跨临界制冷循环系统的设计、仿真都尤为重要。本文通过数值模拟获取了超临界CO2在螺旋管内的流动与传热特性,探讨了不同工况参数对超临界CO2传热畸变行为的影响,提出了超临界CO2在螺旋管内的传热关联式,并进一步揭示了非常规重力场条件与增设管内涡流发生器对超临界CO2传热性能的影响机理。全文的主要工作和研究成果如下:（1）基于三维笛卡尔坐标下可压缩流体的守恒方程组与SST k-ω湍流模型,利用商业数学软件调用物性查询软件数据库获取超临界CO2的热物性参数,对超临界压力下CO2在螺旋管内的冷却传热进行了数值计算,获取了流场内部详细的温度分布、速度分布以及湍流结构,分析了管径、螺旋管节距、入口压力、质量流速、热流密度以及流动方向等因素对超临界CO2传热的影响,揭示了浮升力、离心力与流动减速效应对超临界CO2传热畸变的作用机理,基于最小二乘法提出了新的适用于常规重力场下超临界CO2在螺旋管内冷却传热的准则关联式。（2）对于非常规重力场的工况（如车载、机载、舰载）,必须考虑惯性力与重力的综合作用效果对超临界CO2传热的影响。本文通过改变N-S方程中体积力的大小和方向来模拟失重和超重力工况,基于上述数值方法获得了非常规重力场下螺旋管内超临界CO2流场的详细信息并与常规重力场下的结论进行对比,发现体积力的大小和方向对超临界CO2传热的影响十分明显,因此进一步分析了非常规重力场下入口压力、质量流速与热流密度等因素对超临界CO2传热的影响机理,提出了新的适用于非常规重力场下螺旋管内超临界CO2冷却传热的准则关联式。（3）管内设置纵向涡流发生器能有效引起轴向的涡流效应,提高管内湍流强度,改善管内整体的传热性能,从而抑制传热恶化的发生。本文通过对螺旋管模型的长度进行简化,基于上述数值方法获得了管内设置纵向涡流发生器在不同外形结构、不同翅片高度、不同密度间隔与不同管道形式下螺旋管内超临界CO2的流场信息,分析了涡流发生器强化传热的机理,结果发现带有涡流发生器的竖直螺旋管中能产生较强的湍动能和涡流扰动,相较于其它形式具有更好的传热性能。